TWI592974B - 離子源及清洗離子源的方法 - Google Patents
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Description
本申請案主張於2012年8月7日提出申請的美國臨時專利申請案第61/680,539號的優先權，其揭露的內容在此全部併入本文作為參考。
本揭露大體上有關於製造電子元件的技術，特別是有關於用以改善離子源之效能及延長其壽命的技術。
離子植入(ion implantation)是指透過轟擊(bombardment)將摻質(dopants)或雜質引入基底(substrate)的過程。在半導體製造中，可引入摻質來改變電氣、光學或機械性能。舉例而言，可將摻質引入本質半導體(intrinsic semiconductor)基底以改變此基底的導電類型和導電程度。在製造積體電路(integrated circuit,IC)時，要想獲得合適的積體電路效能，精確的摻雜分佈(doping profile)通常很重要。為了得到想要的摻雜分佈，可以各種劑量和各種能級的離子形式來植入一種或一種以上的摻質。
請參照圖1，其繪示為傳統的離子植入系統100。如圖1所示，離子植入系統100可包括離子源和一系列複雜的供離子束10從中穿行的束線元件。離子源可包括離子源腔室(chamber)102，在此離子源腔室102中產生想要的離子。離子源也可包括電源供應器(power source)101和配置在離子源腔室102附近的萃取電極組件104。如圖1所示，萃取電極組件104可包括抑制電極104a和接地電極104b。離子源腔室102、抑制電極104a以及接地電極104b可都包括一個孔(aperture)：離子源腔室102可包括萃取孔(未繪示)；抑制電極可包括抑制電極孔(未繪示)；以及接地電極可包括接地電極孔(未繪示)。這些孔可相通，使得在離子源腔室102中產生的離子能夠從中穿過並前往束線元件。在下文中，抑制電極孔和接地電極孔可統稱為萃取電極孔組件。
與此同時，束線元件可包括(例如)質量分析器(mass analyzer)106、第一加速或減速(A1或D1)段108、準直器(collimator)110以及第二加速或減速(A2或D2)段112。與用以操縱光束的一系列光學透鏡十分相似的是，這些束線元件也能夠過濾、聚焦以及操縱具有想要的物種、形狀、能量及其他特性的離子或離子束10。穿過這些束線元件的離子束10可經引導而前往安裝在平台(platen)116或夾板(clamp)上的基底114。基底114可在一種裝置(有時稱之為‘“roplat”)的作用下沿著一個或多於一個的維度而移動(例如，平移、旋轉和傾斜)。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當理解的是，在離子植入過程中，
離子束10所貫穿的整個路徑通常被抽空。
離子源是離子植入系統100的重要元件。離子源要產生適合於各種不同離子物種和萃取電壓的界定良好(well-defined)的穩定離子束10。因此，最好是離子源能夠延長操作時間，而無需進行維護和修理。離子源的壽命或平均故障間隔時間(mean time between failures,MTBF)是離子源的一個效能指標，也是離子植入系統100的效能的重要度量標準。
離子源故障的一個原因是材料積聚在離子源腔室102的內壁、抑制電極以及接地電極上。此外，材料也會積聚在孔上。
若材料形成在離子源腔室102的內壁上，便會減小產生離子的速率，且減小離子束流。
而且，在這種條件下產生和從離子源射出的離子會不太理想。離子可能不穩定，且可能引起離子束流漂移(ion beam current drift)，有些情形下還會造成高頻率小故障(glitch)。若材料積聚在萃取孔或萃取電極組件104上，則從離子源腔室102萃取的離子束10的形狀會變形。舉例而言，離子束10的形狀可反映出材料積聚在萃取孔、抑制電極孔及/或接地電極孔上的形狀。
因此，離子源可能無法產生穩定的界定良好的離子束10。這種變形如果過度的話，便很難靠束線元件來矯正。因此，會生產出不太理想的積體電路。
防止材料積聚效應的一種方法是用乾淨的離子源來間歇性更換離子源。或者，在整個離子植入機斷電後並解除真空後，
務必對離子源進行手動清洗。然而，這些措施必須將離子源或整個離子植入系統100斷電，並解除離子植入系統100內的真空。
此外，更換或清洗離子源後，必須將離子植入系統100通電並抽空，以達到操作條件。因此，這些維護過程會非常耗費時間。此外，在維護過程中，離子植入系統100未被使用。如此一來，頻繁的維護過程會縮短積體電路生產時間，同時增大其製造成本，給製造商且最終給消費者帶來過大的經濟負擔。鑒於上述原因，想要提供一種新型技術來改善離子源的效能並延長其壽命，以克服上述缺點和不足。
揭露一種改善離子源之效能及延長其壽命的系統和方法。此離子源包括離子源腔室、抑制電極以及接地電極。在處理模式中，離子源腔室可被施加以第一正電壓，而抑制電極被施加以負電壓，以便透過孔從離子源腔室內吸引正離子，且使之朝向工件。在清洗模式中，離子源腔室可接地，而抑制電極被具有高電流能力(high current capability)的電源供應器施加以偏壓(biased)。施加在抑制電極上的電壓在抑制電極與離子源腔室之間以及抑制電極與接地電極之間產生電漿(plasma)。
依照第一實施例，揭露一種離子源。此離子源包括：離子源腔室，其用以在處理模式過程中產生電漿，此離子源腔室的一個表面上具有萃取孔；抑制電極，其內部具有抑制電極孔，此
抑制電極緊鄰萃取孔而配置；接地電極，其內部具有接地電極孔，此接地電極緊鄰抑制電極而配置；萃取電源供應器，它與離子源腔室相通，經配置以便在處理模式過程中提供第一萃取電壓和電流，在清洗模式過程中提供第二萃取電壓和電流；以及抑制電源供應器，其與抑制電極相通，經配置以便在處理模式過程中提供第一抑制電壓和電流，在清洗模式過程中提供第二抑制電壓和電流，其中第二萃取電壓與第二抑制電壓之間的差足以在萃取孔與抑制電極之間所界定的體積內產生電漿。
依照第二實施例，揭露一種清洗離子源的方法，其中離子源包括具有萃取孔的離子源腔室、接地電極以及配置在離子源腔室與接地電極之間的抑制電極。此方法包括：使清洗劑流入到離子源腔室內；對離子源腔室、抑制電極以及接地電極施加各自的電壓，使得抑制電極與離子源腔室之間以及抑制電極與接地電極之間的電壓差足以使流動的清洗劑在萃取孔與接地電極之間所界定的體積內產生電漿；以及其中電漿的產生使得萃取孔、抑制電極以及接地電極得到清洗。
依照第三實施例，揭露一種離子源，其包括：離子源腔室，其用以在處理模式過程中產生電漿，此離子源腔室的一個表面上具有萃取孔；抑制電極，其內部具有抑制電極孔，此抑制電極緊鄰萃取孔而配置；接地電極，其內部具有接地電極孔，此接地電極緊鄰抑制電極而配置，且連接到地；萃取電源供應器，與離子源腔室相通，包括第一開關和處理萃取電源供應器，用以在
處理模式過程中提供第一萃取電壓和電流，其中第一開關在清洗模式過程中將離子源腔室耦接到地；抑制電源供應器，與抑制電極相通，此抑制電源供應器包括處理抑制電源供應器，用以在處理模式過程中提供第一抑制電壓和電流，清洗抑制電源供應器，用以在清洗模式過程中提供第二抑制電壓和電流，以及第二開關，用以在處理抑制電源供應器與清洗抑制電源供應器之間進行選擇；進料源，其含有清洗劑，且與離子源腔室相通；以及流量控制器，其用以調節清洗劑的流動，其中此流量控制器經配置以在清洗模式過程中產生至少10SCCM的清洗劑流量，且其中清洗抑制電源供應器提供電流介於1A與5A之間的400V至1000V電壓給抑制電極，使得抑制電極與離子源腔室之間以及抑制電極與接地電極之間產生電漿。
10‧‧‧離子束
100‧‧‧離子植入系統
101、253、253a、253b、254、254a、254b、255、255a、255b‧‧‧電源供應器
102、202‧‧‧離子源腔室
104、214‧‧‧萃取電極組件
104a、214a‧‧‧抑制電極
104b、214b‧‧‧接地電極
106‧‧‧質量分析器
108、112‧‧‧加速或減速段
110‧‧‧準直器
114‧‧‧基底
116‧‧‧平台
200、400‧‧‧離子源
204‧‧‧萃取孔
206‧‧‧陰極
208‧‧‧推斥電極
210‧‧‧燈絲
214a-1‧‧‧抑制電極孔
214b-1‧‧‧接地電極孔
218‧‧‧進料源
220、222‧‧‧電漿
253c‧‧‧接地路徑
334‧‧‧流量控制器
434、436、437‧‧‧開關
438‧‧‧控制器
B‧‧‧磁場
為了能夠更清楚地瞭解本發明，下文將參考附圖，這些附圖已併入本文作為參考。
圖1是依照先前技術的離子植入系統。
圖2是依照第一實施例的離子源。
圖3a繪示為圖2之離子源在處理模式下操作。
圖3b繪示為圖2之離子源在清洗模式下操作。
圖4繪示為依照第二實施例的離子源。
圖5繪示為依照第三實施例的離子源。
本文揭露一種改善離子源之效能及延長其壽命的新型技術。為了簡單明瞭，本發明可重點闡述帶狀離子束(ribbon beam)離子植入系統中的間接受熱式陰極(indirectly heated cathode,IHC)離子源的效能改善及壽命延長技術。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，本發明並不限於特定的離子源或特定的離子植入系統。本發明可同樣應用於其他類型離子植入系統(包括例如多晶圓(multiple wafer)(例如，成批)、點狀離子束(spot beam)離子植入系統或電漿型離子植入系統，無論有沒有束線元件)中的其他類型離子源(包括例如伯納斯源(Bernas source)或射頻(radio frequency,RF)電漿源)。此外，本發明也可同樣應用於其他基於電漿的基底處理系統或其他使用離子的系統。
請參照圖2，其繪示為依照本發明之一實施例的示例離子源200的簡圖。此離子源200可以是圖2所示之間接受熱式陰極離子源，也可以是其他類型的離子源。間接受熱式陰極離子源200可包括離子源腔室202。在離子源腔室202的正面，可配置萃取孔204。陰極206和推斥電極(repeller electrode)208(或對陰極(anti-cathode))可位於離子源腔室202的相對兩側。燈絲(filament)210可位於離子源腔室202的外部，且緊鄰著陰極206以便對陰極206進行加熱。也可提供一個或一個以上的源磁鐵(未
繪示)，以便在離子源腔室202中產生磁場B(參見箭頭B)。
在離子源腔室202附近，可具有一個或一個以上的進料源218。在本發明中，由進料源218提供的材料可包括源材料及/或附加材料。源材料可包含可以離子形式引入基底(參見圖1)的摻質物種。與此同時，附加材料可包括稀釋劑，它可與源材料一起被引入到離子源腔室202，以稀釋離子源腔室202中的源材料濃度。附加材料也可包括清洗劑，它可與源材料一起也可不與源材料一起被引入到離子源腔室202，以清洗離子源腔室202。
在本發明中，各種物種都可用作源材料及/或附加材料。
源材料及/或附加材料的示例可包括含有硼(B)、碳(C)、氧(O)、鍺(Ge)、磷(P)、砷(As)、矽(Si)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氮(N)、氫(H)、氟(F)以及氯(Cl)的原子或分子物種。本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，上述物種並不全面，也可使用其他的原子或分子物種。根據應用情況，這些物種可被用作摻質或附加材料。尤其是，在一個應用中作為摻質而使用的一個物種，在另一個應用中可作為附加材料而使用，反之亦然。
較佳的是，源材料及/或附加材料是以氣體或蒸汽的形態被提供到離子源腔室202內。若源材料及/或附加材料是非氣體或非蒸汽形態，則可在進料源218附近提供汽化器(vaporizer)(未繪示)，以便將材料轉化成氣體或蒸汽形態。為了控制源材料及/或附加材料被提供到離子源腔室202內的量和速率，可提供流量
控制器334。
緊鄰離子源腔室202，靠近萃取孔204之處，可配置萃取電極元件214。在本發明中，萃取電極組件214可包括抑制電極214a和接地電極214b。抑制電極214a和接地電極214b可都具有一孔，此孔與離子源腔室202的萃取孔204相通。在抑制電極214a中，可具有抑制電極孔214a-1，而接地電極孔214b-1則可配置及界定於接地電極214b中。在下文中，抑制電極孔214a-1和接地電極孔214b-1可統稱為萃取電極孔組件，它與離子源腔室202的萃取孔204相通。
為了給離子源腔室202、陰極206、燈絲210、推斥電極208、抑制電極214a及/或接地電極214b供電，可提供一個或一個以上的電源供應器。為了簡單明瞭，僅繪示三個電源供應器。本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，可能有多個電源供應器，每個電源供應器可電性耦接到離子源200的不同元件。或者，可能有多個電源供應器，這些電源供應器之一可電性耦接到多個元件。在又一實施例中，具有多個輸出的單電源供應器可用來給離子源200中的所有元件供電。在本發明中，電源供應器253、254、255可提供持續式或脈衝式交流電(alternating current,AC)或直流電(direct current,DC)。電源供應器253、254、255也可提供正偏壓或負偏壓。此外，電源供應器253、254、255也可提供使離子源腔室202、陰極206、燈絲210、推斥電極208、抑制電極214a及/或接地電極214b接地的路徑。
接地電極214b可被接地電極電源供應器255施加偏壓。
在一些實施例中，接地電極214b接地，因而不再需要接地電極電源供應器255。抑制電極214a可由抑制電源供應器253來供電。
萃取電源供應器254用來對離子源腔室202的壁施加偏壓。在一些實施例中，抑制電源供應器253及/或萃取電源供應器254可參考接地電極214b。
如上所述，離子源200發生故障的一個原因可能是在其被延長使用的過程中材料過度積聚。舉例而言，材料會積聚在離子源腔室202、萃取孔204、抑制電極孔214a-1以及接地電極孔214b-1等的壁上。在一些實施例中，當使用碳硼烷(carborane)、四氟化矽(SiF4)或四氟化鍺(GeF4)作為源材料時，這種材料積聚會更嚴重。為了防止過度積聚，本實施例之離子源200可以兩種模式來操作：處理模式和清洗模式。在處理模式過程中，離子源200可產生摻質離子。在清洗模式過程中，離子源200可原位(in situ)清洗。在本發明中，離子源200可在處理模式和清洗模式下操作。
請參照圖3a，其繪示為依照本發明之一實施例在處理模式下操作的離子源200。應當理解的是，圖2所示之所有元件都被併入圖3a。如此一來，圖3a中的元件應結合圖2中的元件來理解。
在處理模式過程中，含有摻質物種的源材料可從進料源218被引入到離子源腔室202內。在一些實施例中，附加材料也可獨立於源材料或與源材料一起被引入到離子源腔室202內。與此
同時，燈絲210可被供電，以便藉由熱電子發射(thermionic emission)來朝著陰極206發射電子。進而，陰極206可在離子源腔室202中發射電子，以產生含有摻質離子等的第一電漿220。
接地電極214b可被處理接地電極電源供應器255a施加偏壓，以便從離子源腔室202萃取離子。在一些實施例中，接地電極214b可接地，而不與電源供應器相通。這種離子可經引導而朝向基底(圖1)。在一實施例中，處理抑制電源供應器253a可提供+/-偏壓和持續式/脈衝式、交流電/直流電給抑制電極214a。在一具體實施例中，處理抑制電源供應器253a可提供電流約為100mA的約-500V至-30kV的電壓給抑制電極214a。萃取電源供應器254a可提供介於約0.5kV與70kV之間的電壓給離子源腔室202。萃取電源供應器254a有能力提供介於0.5mA與高達約200mA之間的電流。
在處理模式中，可從離子源腔室202中萃取離子，同時減少電子在離子束10中的過度運動。容易理解的是，上文所述的電壓和電流僅以示例的方式給出，而非對本發明之範圍的限定。
另外，容易理解的是，由電源供應器253a、254a、255a來提供的電壓和電流可以是恆定的，也可以是變化的。
請參照圖3b，其繪示為依照本發明之一實施例在清洗模式下操作的離子源200。應當理解的是，圖2所示之多數元件都被併入圖3b。如此一來，圖3b中的多數元件應結合圖2中的元件來理解。
在清洗模式過程中，離子源可原位(in situ)清洗。在本實施例中，清洗劑可以高流量被引入到離子源腔室202內。舉例而言，可以約25標準立方釐米每分鐘(standard cubic centimeters per minute,SCCM)至約200SCCM的流量來引入清洗劑。較佳的是，可以約50SCCM至約100SCCM的流量來引入清洗劑，以便在離子源腔室202與萃取電極組件214之間維持高壓。然而，本發明不排除以至少約25SCCM的流量來引入清洗劑的情形。在另一實施例中，以至少10SCCM的流量來引入清洗劑。
各種物種都可作為清洗劑而被引入。此清洗劑可以是含有化學反應物種的原子或分子物種。當此類物種離子化(ionized)時，可與積聚在離子源之壁孔上的材料或與積聚在萃取電極孔組件附近的材料發生化學反應。雖然含有化學反應物種的清洗劑是較佳選擇，但本發明並不排除使用化學惰性物種。在另一實施例中，清洗劑可含有重原子物種，當此物種離子化時，可形成具有高原子品質單位(atomic species units,amu)的離子。雖然含有重原子物種的物種是較佳選擇，但本發明並不排除使用輕物種，如氦(He)。清洗劑的示例可包括含有氫(H)、氦(He)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、氯(Cl)、氬(Ar)、氪(Kr)以及氙(Xe)或其組合的原子或分子物種。較佳的是，三氟化氮(NF3)、氧氣(O2)或氬氣(Ar)與氟氣(F2)之混合物或者其組合可用作清洗劑。容易理解的是，上文未列出的其他物種也可用作清洗劑。
在此清洗模式中，燈絲210和陰極206未被供電，所以離子源腔室202內不會產生電漿。
在離子源中，可產生第二電漿或清洗電漿222。在本實施例中，第二電漿222可在從離子源腔室202延伸到接地電極214b的區域中產生。在一些實施例中，第二電漿222會擴散到接地電極214b以外，介於接地電極214b與束線元件之間的區域中。因此，在本實施例中，第二電漿222可在萃取孔204與接地電極214b之間所界定的體積內產生。然而，本發明並不排除第二電漿222產生於萃取孔204與抑制電極214a之間所界定的體積內。在本實施例中，第二電漿222可能含有清洗劑的片段(fragments)(如，電子、離子、中子、其他自由基(radicals)，等等)。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，第二電漿222也可能含有包括摻質離子的源材料的片段。舉例而言，在清洗過程中，源材料的這些片段會從萃取電極組件214的表面上被移除。
在一些實施例中，第二電漿222中所含的化學物種或片段可能與經產生以處理基底114(圖1)的第一電漿220中所含的化學物種相同。而在其他實施例中，第二電漿222也可能含有其他附加材料的片段。
如上文所述，在一些實施例中，清洗劑的流量可至少為50SCCM。然而，在其他實施例中，可使用較低的流量，如10SCCM或25SCCM。所提供的清洗劑流量可足以確保在離子源腔室202至接地電極214b之間所界定的體積內產生第二電漿222。
在本實施例中，可藉由提供持續式或脈衝式、交流或直流電壓給抑制電極214a來產生第二電漿222。舉例而言，可使用清洗抑制電源供應器253b來提供電流約為1A至約5A的約400V至1kV的電壓給抑制電極214a。電源可以交流電壓或脈衝式直流電壓的形式被提供給抑制電極214a。此電源可由圖3a中所用的相同抑制電源供應器來提供，也可由不同的電源供應器來提供，後文將做詳細闡述。與此同時，離子源腔室202和接地電極214b的至少其一可接地。這可透過從清洗電源供應器254b、255b輸出0伏輸出來達成。在另一實施例中，離子源腔室202及/或接地電極214b可直接連接到地，如透過一開關。在其他實施例中，清洗萃取電源供應器254b和清洗接地電極電源供應器255b可提供非零電壓給其各自的元件。
為了增大第二或清洗電漿222的密度，可啟用(activated)一個或一個以上的源磁鐵，以便在抑制電極214a附近產生磁場B(參見箭頭B)。磁場B也會有助於將清洗電漿222限制在離子源腔室202與接地電極214b之間所界定的體積內。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，抑制電極214a與離子源腔室202之間產生電漿222是因為這兩個元件之間存在著電勢差。同理，抑制電極214a與接地電極214b之間產生電漿222是因為這兩個元件之間存在著電勢差。因此，雖然本發明敍述為：對抑制電極214a施加電壓，同時將離子源腔室202和接地電極214b保持接地，從而產生電漿222，但其他實
施例也是可以的。舉例而言，代替抑制電極214a或除抑制電極214a外，相似的電流及/或電壓可被施加在接地電極214b上，以便在接地電極214b附近產生第二電漿222。
藉由在萃取孔204、抑制電極214a、抑制電極孔214a-1、接地電極214b以及接地電極孔214b-1附近產生第二或清洗電漿222，可對這些電極或孔進行清洗。舉例而言，清洗電漿222中所含的化學反應自由基可藉由化學反應來移除積聚在萃取電極組件214的壁和孔上的材料。此外，清洗電漿222中的離子可藉由濺射處理(sputtering process)來移除積聚的材料。清洗電漿222所產生的熱量也會強化清洗過程，因為積聚在離子源腔室的壁和孔上的材料會被此熱量移除，或者會隨著溫度的升高而變得更易揮發(volatile)。舉例而言，如上文所述，抑制電極214a可被施加以電流介於1至5amps之間的400至1000V的電壓。因此，使用此抑制電源供應器253b有可能產生1kW至約5kW的熱量。故，藉由提供高度反應及/或重清洗物種，且在離子源腔室202、抑制電極214a以及接地電極214b附近產生第二電漿222，便可實施有效的電漿清洗。如上文所述，清洗材料以高流量被引入離子源腔室202可強化清洗過程。不同於傳統技術的是，此技術可原位進行，且本發明之離子源200無需斷電，離子源200附近或整個離子植入機可保持真空狀態。
故，此清洗模式可創造四個有利於清洗萃取區域的條件。也就是，高氣體流量、化學反應物種形成、離子濺射以及表
面加熱都有助於清洗過程。
處理抑制電源供應器253a和清洗抑制電源供應器253b使用不同的指示器來指示提供給抑制電極214a的電源會根據操作模式而不同。然而，在一些實施例中，兩個電壓可由能夠滿足兩個電源要求的單電源供應器253來供應。在其他實施例中，每種模式使用不同的電源供應器，下文將做詳細闡述。處理萃取電源供應器254a和清洗萃取電源供應器254b，以及處理接地電極電源供應器255a和清洗接地電極電源供應器255b，也是如此。
請參照圖4，其繪示為依照本發明之另一實施例的另一示例離子源400的簡圖。在本實施例中，離子源400可依序在處理模式和清洗模式下操作，而無需斷電。應當理解的是，圖2所示之很多元件都被併入圖4。此類元件及其操作應結合圖2中的元件來理解。
如圖4所示，離子源400可以是圖4所示的間接受熱式陰極(IHC)離子源，也可以是其他類型的離子源。與圖2、圖3a及圖3b所示的間接受熱式陰極離子源相似的是，本實施例之間接受熱式陰極離子源400可包括離子源腔室202，其正面配置有萃取孔204。離子源400也可包括陰極206、燈絲210以及推斥電極208(或對陰極)。也可提供一個或一個以上的源磁鐵(未繪示)，以便在離子源腔室202中產生磁場B(參見箭頭B)。
離子源400也可包括萃取電極組件214，它可包括抑制電極214a和接地電極214b。在離子源腔室202附近可提供一個或一
個以上的進料源218，以提供源材料和附加材料。此外，也可提供汽化器(未繪示)，以將非氣體或非蒸汽形態的源材料及/或附加材料轉化成氣體或蒸汽形態。
可提供抑制電源供應器253來對抑制電極214a供電。此抑制電源供應器253可包括處理抑制電源供應器253a(如圖3a所示)和清洗抑制電源供應器253b(如圖3b所示)，它們在不同的操作模式過程中電性耦接到抑制電極214a。在處理模式過程中，抑制電極214a可經由第一開關434來電性耦接到處理抑制電源供應器253a。與此同時，在清洗模式過程中，抑制電極214a可經由第一開關434來電性耦接到清洗抑制電源供應器253b。電源供應器253可獨立於處理抑制電源供應器253a和清洗抑制電源供應器253b而選擇性地包括第一接地路徑253c，抑制電極214a可經由此路徑而接地。若不包括此路徑，則處理抑制電源供應器253a與清洗抑制電源供應器253b的至少其一可提供使抑制電極214a接地的路徑。
離子源腔室202也可在兩個不同的電源供應器之間切換。舉例而言，萃取電源供應器254可用來在處理模式和清洗模式過程中提供電源。開關436可用來在處理萃取電源供應器254a(如圖3a所示)與清洗萃取電源供應器254b(如圖3b所示)之間切換。在一些實施例中，離子源腔室202在清洗過程中可接地，因而不再需要單獨的清洗萃取電源供應器254b。在此實施例中，開關436將用來選擇處理萃取電源供應器254a或接地。
同理，接地電極214b可在兩個不同的電源供應器之間切換。舉例而言，接地電極電源供應器255可用來在處理模式和清洗模式過程中提供電源。開關437可用來在處理接地電極電源供應器255a(如圖3a所示)和清洗接地電極電源供應器255b(如圖3b所示)之間切換。在一些實施例中，處理和清洗兩種模式下使用相同的接地電極電源供應器。舉例而言，在兩種模式中，接地電極214b可接地。在此實施例中，可能不需要接地電極電源供應器255，且接地電極214b簡單連接到地。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易理解的是，可能還有一個或一個以上的附加電源供應器(未繪示)，在處理/清洗模式過程中為離子源腔室202、燈絲214、陰極206以及接地電極214b供電。
在本實施例中，在處理模式過程中，處理抑制電源供應器253a的操作(包括提供給抑制電極214a的電流和電壓)可與圖2、圖3a中所述的電源供應器253a的操作相似。抑制電極214a在處理模式過程中可被處理電源供應器253a供電，且當從離子源腔室202萃取離子時，抑制電極214a可減小電子在離子束10中的運動。同理，在清洗模式過程中，清洗抑制電源供應器253b的操作可與圖3b中所述的電源供應器253b的操作相似。當清洗電源供應器253b提供電流及/或電壓時，抑制電極214a可產生第二電漿222。與此同時，必要時，可提供第一接地路徑253c，以使抑制電極214a能夠接地。
第一開關434可將抑制電極214a耦接到處理抑制電源供應器253a、清洗抑制電源供應器253b以及第一接地路徑253c之一。與此同時，也可提供第二開關436，用以將離子源腔室202耦接到處理萃取電源供應器254a與清洗萃取電源供應器254b之一。也可提供第三開關437，用以將接地電極214b耦接到處理接地電極電源供應器255a與清洗接地電極電源供應器255b之一。
如上文所述，在一些實施例中，接地電極214b在兩種操作過程中保持相同電壓，可能不需要第三開關437。第一開關434、第二開關436以及第三開關437可由控制器438來控制。
在處理模式過程中，抑制電極214a可經由第一開關434來電性耦接到處理抑制電源供應器253a。離子源腔室202中產生的離子可被抑制電極214a和接地電極214b萃取。與此同時，離子源腔室202可被處理萃取電源供應器254a施加以偏壓。
在清洗模式過程中，抑制電極214a可經由第一開關434來電性耦接到清洗抑制電源供應器253b。與此同時，離子源腔室202在清洗模式過程中可藉由第二開關436來連接到清洗萃取電源供應器254b。可選擇的是，接地電極214b在兩種操作過程中都可接地。
如圖4所示，本實施例之清洗抑制電源供應器253b可耦接到抑制電極214a，且抑制電極214a的兩側都可產生第二電漿222。舉例而言，抑制電極214a的兩側都可產生第二電漿222是因為抑制電極214a與離子源腔室202之間以及抑制電極214a與
接地電極214b之間存在著偏壓差。第二電漿222使得積聚在抑制電極214a和接地電極214b附近的材料被有效地移除。
圖5繪示為一個具體實施例中所用的離子源的一實施例。應當理解的是，圖4中所示的很多元件都被併入圖5。此類元件及其操作應結合圖4中的元件來理解。在此實施例中，接地電極214b在處理模式和清洗模式過程中都接地。離子源腔室202在處理萃取電源供應器254a與接地之間切換，其中處理萃取電源供應器254a是在處理模式過程中使用，而接地是在清洗模式過程中使用。抑制電極214a在處理抑制電源供應器253a與清洗抑制電源供應器253b之間切換。如上文所述，清洗抑制電源供應器可提供電流介於約1A與5A之間的400至1000V的電壓。兩個開關434、436分別用來切換抑制電極214a和離子源腔室202。使用控制器438來實施模式之間的切換。
值得注意的是，在一些實施例中，在清洗抑制電源供應器253b中使用交流電壓或脈衝式直流電壓是有利的。當抑制電極214a的電壓比離子源腔室202和接地電極214b的電壓“正”(positive)時，電漿222中的高能正離子將會遠離抑制電極214a，且前往這些低電勢元件。使用交流電壓，這些高能正離子便會先遠離抑制電極214a的兩側，隨後當其電壓比接地電極214b和離子源腔室202的電壓“負”(negative)時再前往抑制電極214a。
這使得所有元件都能得到有效地清洗。脈衝式直流電壓可具有類似的效應。此外，改變清洗電壓會導致電漿222中的離子和電子
連續再分佈。
圖5繪示為抑制電極214a在清洗模式過程中被供電而離子源腔室202和接地電極214b則都接地的實施例。然而，其他實施例也是可以的。舉例而言，請參照圖4，可以類似於上文針對圖5之抑制電極214a所述的方式來對離子源腔室202提供清洗電壓，而抑制電極214a可接地。此組態將導致離子源腔室202與抑制電極214a之間產生第二電漿222。同理，可以類似於圖5之抑制電極214a的方式來對接地電極214b提供清洗電壓，而抑制電極214a可接地。此組態將導致接地電極214b與抑制電極214a之間產生第二電漿222。在又一實施例中，清洗電壓可被施加在離子源腔室202和接地電極214b兩者上，而抑制電極214a接地。在另一實施例中，清洗電壓可被施加在所有這三個元件上。舉例而言，交流清洗電壓可被施加在所有這三個元件上，其中施加在抑制電極214a上的電壓的相位與施加在離子源腔室202和接地電極214b上的電壓的相位相差180°。在另一實施例中，三個不同的電壓被施加在這三個元件上，使得任意兩個相鄰元件之間都存在著電勢差。舉例而言，接地電極214b可接地，抑制電極可介於400-1000V之間，且離子源腔室可介於800-2000V之間。此組態也會在元件之間產生想要的電勢差，而這正是產生第二電漿222所必需的。
本文所述的特定實施例並非對本發明的範圍的限定。實際上，在前文的闡述和附圖的幫助下，本發明所屬技術領域中具
有通常知識者，除本文所述的那些實施例外，還能夠清楚地瞭解本發明的其他各實施例以及對本發明的更動。故，這些其他實施例及更動應視為屬於本發明的範圍。此外，雖然本文是在特定環境下為了特定用途以特定的實施方式來闡述本發明，但熟悉本專業的技術人員容易理解的是，其效用並不限於此，本發明也可在很多環境下為了很多用途以有利的方式來實施。因此，本文所述的本發明之完整範圍和精神應以上文列出的權利要求書所界定者為準。
202‧‧‧離子源腔室
204‧‧‧萃取孔
206‧‧‧陰極
208‧‧‧推斥電極
210‧‧‧燈絲
214‧‧‧萃取電極組件
214a‧‧‧抑制電極
214a-1‧‧‧抑制電極孔
214b‧‧‧接地電極
214b-1‧‧‧接地電極孔
218‧‧‧進料源
222‧‧‧電漿
253、253a、253b、254、254a‧‧‧電源供應器
334‧‧‧流量控制器
400‧‧‧離子源
434、436‧‧‧開關
438‧‧‧控制器
B‧‧‧磁場
Claims (15)
- 一種離子源，包括：離子源腔室，其用以在處理模式過程中產生電漿，所述離子源腔室的一個表面上具有萃取孔；抑制電極，其內部具有抑制電極孔，所述抑制電極緊鄰所述萃取孔而配置；接地電極，其內部具有接地電極孔，所述接地電極緊鄰所述抑制電極而配置；萃取電源供應器，與所述離子源腔室相通，其經配置以便在所述處理模式過程中提供第一萃取電壓和第一萃取電流，且在清洗模式過程中提供第二萃取電壓和第二萃取電流；以及抑制電源供應器，與所述抑制電極相通，其經配置以便在所述處理模式過程中提供第一抑制電壓和第一抑制電流，且在所述清洗模式過程中提供第二抑制電壓和第二抑制電流，其中，所述第二萃取電壓與所述第二抑制電壓之間的差足以在所述萃取孔與所述抑制電極之間所界定的體積內產生電漿，且在所述清洗模式中，所述離子源腔室內不會產生所述電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述的離子源，包括：進料源，其含有清洗劑，且與所述離子源腔室相通；以及流量控制器，其用以調節所述清洗劑的流動，其中所述流量控制器經配置以形成足以在所述體積內產生所述電漿的所述清洗劑的流量。
- 如申請專利範圍第1項所述的離子源，其中所述第二抑制 電流與所述第二萃取電流的至少其一介於1amp與5amps之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的離子源，更包括接地電極電源供應器，所述接地電極電源供應器與所述接地電極相通，經配置以便在所述處理模式過程中提供第一接地電極電壓和第一接地電極電流，且在所述清洗模式過程中提供第二接地電極電壓和第二接地電極電流。
- 如申請專利範圍第4項所述的離子源，其中所述接地電極在所述清洗模式和所述處理模式過程中接地。
- 如申請專利範圍第1項所述的離子源，其中所述抑制電源供應器包括處理抑制電源供應器、清洗抑制電源供應器以及開關，所述開關根據操作模式將所述處理抑制電源供應器與所述清洗抑制電源供應器之一耦接到所述抑制電極。
- 如申請專利範圍第1項所述的離子源，其中所述萃取電源供應器包括處理萃取電源供應器、清洗萃取電源供應器以及開關，所述開關根據操作模式將所述處理萃取電源供應器與所述清洗萃取電源供應器之一耦接到所述離子源腔室。
- 一種清洗離子源的方法，其中所述離子源包括具有萃取孔的離子源腔室、接地電極以及配置在所述離子源腔室與所述接地電極之間的抑制電極，所述清洗離子源的方法包括：使清洗劑流入到所述離子源腔室內；對所述離子源腔室、所述抑制電極以及所述接地電極施加各自的電壓，使得所述抑制電極與所述離子源腔室之間以及所述抑 制電極與所述接地電極之間的電壓差足以使所述清洗劑在所述萃取孔與所述接地電極之間所界定的體積內產生電漿；以及其中所述電漿的產生使得所述萃取孔、所述抑制電極以及所述接地電極得到清洗，且所述離子源腔室內不會產生所述電漿。
- 如申請專利範圍第8項所述的清洗離子源的方法，其中所述抑制電極被提供以電流介於1A與5A之間的400V至1000V電壓，且所述離子源腔室和所述接地電極接地。
- 如申請專利範圍第8項所述的清洗離子源的方法，其中所述清洗劑是選自包含氧氣、三氟化氮以及氬氣與氟氣之混合物的群組中。
- 如申請專利範圍第8項所述的清洗離子源的方法，其中施加磁場以將所述電漿限制在所述萃取孔與所述接地電極之間所界定的所述體積內。
- 一種離子源，包括：離子源腔室，其用以在處理模式過程中產生電漿，所述離子源腔室的一個表面上具有萃取孔；抑制電極，其內部具有抑制電極孔，所述抑制電極緊鄰所述萃取孔而配置；接地電極，其內部具有接地電極孔，所述接地電極緊鄰所述抑制電極而配置，且連接到地；萃取電源供應器，與所述離子源腔室相通，其包括第一開關 和處理萃取電源供應器，用以在所述處理模式過程中提供第一萃取電壓和第一萃取電流，其中所述第一開關在清洗模式過程中將所述離子源腔室耦接到地；抑制電源供應器，與所述抑制電極相通，所述抑制電源供應器包括：處理抑制電源供應器，其用以在所述處理模式過程中提供第一抑制電壓和第一抑制電流；清洗抑制電源供應器，其用以在所述清洗模式過程中提供第二抑制電壓和第二抑制電流；以及第二開關，其用以在所述處理抑制電源供應器與所述清洗抑制電源供應器之間做選擇；進料源，其含有清洗劑，且與所述離子源腔室相通；以及流量控制器，其用以調節所述清洗劑的流動，其中所述流量控制器經配置以便在所述清洗模式過程中產生至少10標準立方釐米每分鐘的所述清洗劑的流量，其中所述清洗抑制電源供應器提供電流介於1A與5A之間的400V至1000V的電壓給所述抑制電極，使得所述抑制電極與所述離子源腔室之間以及所述抑制電極與所述接地電極之間產生電漿，且在所述清洗模式中，所述離子源腔室內不會產生所述電漿。
- 如申請專利範圍第12項所述的離子源，更包括源磁鐵，其產生磁場以將所述電漿限制在所述萃取孔與所述接地電極所界定的體積內。
- 如申請專利範圍第12項所述的離子源，更包括：燈絲和 陰極，其配置在所述離子源腔室內，以便在所述處理模式中產生所述電漿；以及控制器，其中所述控制器啟用所述第一開關和所述第二開關來控制所述離子源的操作模式，且所述控制器在所述清洗模式過程中會停用所述燈絲和所述陰極。
- 如申請專利範圍第12項所述的離子源，其中所述清洗劑是選自包含氧氣、三氟化氮以及氬氣與氟氣之混合物的群組中。
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